西安航天神舟建筑设计院有限公司 张雪
摘要：工业厂房设计中的特殊情况为防辐射类厂房。辐射对于人体的伤害巨大，合理的设计，既可以满足工艺使用的需求，同时满足对操作人员的安全保护要求。通过以下本项目的设计，为同类规模的辐射厂房设计提供参照数据，方便设计、施工及造价等方面的估算。
关键字：工业厂房、防辐射、安全。
1设计背景
本建筑位于西安市，地上1层，建筑面积473.60㎡，占地面积473.60㎡。建筑平面包括测试间、控制室、调制、配电间及水冷室等辅助用房。建筑物结构体系为钢筋混凝土结构，内设置一台2.0t电动悬挂吊车，在测试间布置有9MeV电子直线加速器，X射线输出剂量率为在束流的中心轴方向上，距离靶点一米远处的剂量率为：3300cGy/min，漏射水平为1‰，工作时间为每周5天，每天5小时，需要做辐射计算，如下图所示
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2项目设计
2.1结构方案设计
本项目平面呈矩形，采用钢筋混凝土结构体系，钢筋混凝土墙体兼作测试间防辐射墙体，混凝土强度等级为C30，本工程剪力墙抗震等级为三级。
对于无损检测工房，承重结构除应进行风荷载、雪荷载、地震作用等作用下的结构分析及内力组合，核心设计内容是防止射线的泄露。混凝土墙体的厚度随放射能量的不同而有所改变，并与照射方向及放射源距墙体的距离大小有关。
2.2防辐射墙体具体计算
主要国际基本安全标准剂量限值
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本项目按照建设方提供的兵器工业卫生所职评报告提供的剂量限值，从严考虑。
公众照射取0.3mSv/a，职业照射取5mSv/a
2.2.1 主照射面防护墙(西墙)
距离靶点一米远处的剂量率为：
3300cGy/min＝33Gy/min
工作负荷W：33×5d×5h×60min=49500Gy/wk
居留因子T：1/16
使用因子U：1
计算点与辐射源的距离R：7.9m
吸收剂量控制值HL,ω:6×10-6Sv/wk
(1)衰减倍数法
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K=8.26x106
十倍衰减厚度（TVT=38.6cm） N1/10=Lg(K)＝6.917
主墙屏蔽厚度：TVT×N1/10=38.6×6.917=267cm
考虑2倍的安全系数，加一个半价值厚度11.7cm
故主照射面防护墙厚度为：267+11.7＝278.7cm
(2) 衰减曲线法
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查表屏蔽墙厚度：270cm
考虑2倍的安全系数，加一个半价值厚度11.7cm
故主照射面防护墙厚度为：270+11.7＝281.7cm
可取2850mm。
2.2.2 有大门洞一侧侧墙(北墙)
漏射
漏出射线：33Gy/min×1‰=0.033Sv/min
工作负荷W：0.033×5×5×60=49.5Gy/wk
居留因子T：1/4
使用因子U：1
计算点与辐射源的距离R：5.7m
吸收剂量控制值HL,ω:6×10-6Sv/wk
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十倍衰减厚度（TVT=38.6cm） N1/10=Lg(K)＝4.80
主墙屏蔽厚度：TVT×N1/10=38.6×4.80=185.28cm
考虑2倍的安全系数，加一个半价值厚度11.7cm
故防护墙厚度为：185.28+11.7＝196.98cm
可取2000mm。
2.2.3 另一侧侧墙（南墙）
漏射
漏出射线：33Gy/min×1‰=0.033Sv/min
工作负荷W：0.033×5×5×60=49.5Gy/wk
居留因子T：1/4
使用因子U：1
计算点与辐射源的距离R：3.5m
吸收剂量控制值HL,ω:6×10-6Sv/wk
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十倍衰减厚度（TVT=38.6cm） N1/10=Lg(K)＝5.23
主墙屏蔽厚度：TVT×N1/10=38.6×5.23=201.88cm
考虑2倍的安全系数，加一个半价值厚度11.7cm
故防护墙厚度为：201.88+11.7＝213.58cm
可取2200mm。
2.2.4 背墙(东墙)
（1）漏射：
漏出射线：33Gy/min×1‰=0.033Sv/min
工作负荷W：0.033×5×5×60=49.5Gy/wk
居留因子T：1
使用因子U：1
计算点与辐射源的距离R：8.3m
吸收剂量控制值HL,ω：1×10-4Sv/wk
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十倍衰减厚度（TVT=38.6cm） N1/10=Lg(K)＝3.85
主墙屏蔽厚度：TVT×N1/10=38.6×3.82=148.61cm
考虑2倍的安全系数，加一个半价值厚度11.7cm
故防护墙厚度为：148.61+11.7＝160.31cm
可取1900mm。
注：计算书中按照密度为2350kg/m3的砼进行计算。
2.2.5 墙厚计算统计分析
本项目的墙体厚度经计算确定后为1900mm～2850mm之间，防止大体积混凝土因收缩徐变及温度影响产生裂缝是设计需要另外重点考虑的因素。墙体的配筋按构造要求进行配筋。钢筋布置一般采用小直径高密度，对防裂缝效果较好。2.0m 厚以上的墙分成4 排配筋，具体配筋计算结果见下图：
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2.3管线及设备设计
2.3.1预留管线和孔洞设置
由于CT工房测试间的墙体较厚，为防止射线泄漏，一般规定墙体和顶板不能留穿线孔和预留洞，所有预留的摄像、照明管线及通风换气孔都在地面以下进入室内，此外地面部分因工艺需求必须预留的孔洞、穿线管要和墙体轴线形成45°夹角。空调、通风换气孔根据设计尺寸，现场提前做好模板，在墙体模板施工时先安装好、固定牢固。预埋钢管要和钢筋焊接牢固，防止拆模板时松动。
2.3.2检测工房大门
测试间的大门是重要的防护构件，是此类工程设计的重要构件之一。大门的高度受被检测工件的控制，往往都很大，大门的厚度随放射剂量的不同而异，大门可采用钢筋混凝土或者铅板门，钢筋混凝土门的厚度更大，防辐射门的重量都很重，大门应由机械牵引传动，并设有专用的机房。
本项目大门采用钢筋混凝土防护门，设有专门轨道和通行地沟，在施工混凝土时将传动大门所用的连接预埋件全部埋好，钢筋混凝土防护门由专业厂家设计。
2.4施工设计
对于防辐射建筑的防辐射效果而言，最终落脚点在“施工”，而建筑主体结构施工质量好坏直接决定了防辐射效果。本工程设计中不允许结构产生裂缝，以防止射线的泄露，其中造成裂缝相当重要的影响因素是在施工及使用中因大体积混凝土的收缩徐变及温度影响引起的墙体和屋面的裂缝。因此大体积混凝土的具体施工过程应由施工单位按设计要求进行详细的施工组织设计，此类项目对大体积混凝土施工提出下列要求：
1.采用低水化热水泥（同时所有墙体采用同规格同品种水泥）；
2.采用高强度的粗骨料，（石子抗压强度>80MPa，针片状石子<10%），施工中根据现场条件尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料；
3.对沙子的要求除强度外，含泥量应小于1%；
4.在施工方案中，针对大体积混凝土在施工过程和强度增长期造成裂缝的，应采取预防，在硬化过程中产生的温度与外界温差应控制在25℃以内，为此，必须采取降低砼浇捣温度的措施，减少浇捣层厚度（<300mm），以利层面散热和捣实，尽量减少砼体内与外界的温差,合理选择拆模时间,不要过早将砼表面暴露在外面,采取覆盖隔热等措施,避免产生早期干缩裂缝；
5.如采用商品混凝土则需要求提供塌落度、浇筑的初始温度、水泥用量、模板形式、施工期间的室外温度预测、保温措施，在此基础上认真做好施工组织设计，采用有效措施加强混凝土的养护；
6.大体积混凝土施工时可加入UEA－S(2)外加剂，掺量为水泥重量的8%，粉煤灰掺量控制在10%以内；
7.如果体积大，连续浇筑周期长（最长时可连续浇筑5天5夜）则需要配置足够数量的人员和设备，墙体一次浇筑厚度不应大于400 mm，同时严格控制混凝土浇筑时间间隔，在浇筑过程中不得设置垂直缝及水平施工缝（设计注明者除外）；
8.若由两个搅拌站供应混凝土必须保证采用同一品种的水泥和骨料。
9.要求钢筋混凝土墙、板浇捣密实，充分进行震捣，严格注意养护，墙体拆模后，不得有蜂窝、麻面、狗洞及裂缝，要求容重不小于23.50kN/m3。检测间屋面板必须一次浇注。
3结论
本建筑物属于工业厂房设计中的特殊单体，为防辐射类厂房，此类厂房的设计与普通的工业厂房设计不同，一般不由地震组合或者基本组合控制，需要设计人员对辐射知识详细了解，进行具体计算。辐射对于人体的伤害巨大，造成不可愈合的损伤。通过本单体的设计，为同类规模的辐射厂房设计提供参照数据，方便设计、施工及造价等方面的估算。设计人员可以参照本文中的计算过程，对辐射厂房进行复核和优化设计。
参考文献
[1]《粒子加速器辐射防护规定》（GB5172-85）.
[2]《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871-2002）.
[3]《医用外部源电离辐射的防护》（国际放射防护委员会第33号出版物）原子能出版社1984.
[4]《X线物理与防护》人民卫生出版社：2006.
[5]《辐射防护手册》原子能出版社：1987.